(57)【要約】【課題】生理用ナプキン等の人体に装着される装着物品の動作時の装着性を、コンピュータを用いて数時間〜数日程度で簡易に且つ適正に評価させることのできる装着物品の装着状態解析用有限要素人体モデルを提供する。【解決手段】コンピュータ１１を用いて形成され、装着物品の人体への装着状態を有限要素法によるシミュレーションによってコンピュータ１１を用いて解析する際に使用する装着状態解析用有限要素人体モデル１０であって、人体の内部骨格を含んだ形状を計測して得られた計測データをコンピュータ１１に取り込み、内部骨格を取り除いた軟組織のみのソリッドモデルを作成した後に、軟組織のみのソリッドモデルを有限要素に離散化し、且つ内部骨格の表面に接していた軟組織の接触面上の各節点の相対的な位置を固定することによって形成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
装着物品の装着状態解析用人体モデルであって、
人体の内部骨格を含んだ形状を計測して得られた計測データをコンピュータに取り込み、前記内部骨格を取り除いた軟組織のみのソリッドモデルを作成した後に、該軟組織のみのソリッドモデルを有限要素に離散化し、且つ前記内部骨格の表面に接していた前記軟組織の接触面上の各節点の相対的な位置を固定することによって形成される装着物品の装着状態解析用有限要素人体モデル。
【請求項２】
前記人体の内部骨格を含んだ形状の計測データは、核磁気共鳴映像法（ＭＲＩ）またはコンピュ―タ断層撮影（ＣＴ）によって得られた計測データである請求項１に記載の装着物品の装着状態解析用有限要素人体モデル。
【請求項３】
人体の膝上から胸下までの部分について形成される請求項１又は２に記載の装着物品の装着状態解析用有限要素人体モデル。
【請求項４】
前記取り除かれる内部骨格が、仙骨、寛骨、及び大腿骨である請求項３に記載の装着物品の装着状態解析用有限要素人体モデル。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の装着物品の装着状態解析用有限要素人体モデルを用いた装着状態解析方法であって、
前記装着状態解析用有限要素人体モデルを形成する人体モデル作成ステップと、
有限要素装着物品モデルを形成する装着物品モデル作成ステップと、
前記装着状態解析用有限要素人体モデルと前記有限要素装着物品モデルを計算機上における同一空間に配置する装着物品配置ステップと、
解析条件を設定する条件設定ステップと、
解析の実行を行う解析実行ステップとを含む装着物品の装着状態解析方法。
【請求項６】
前記人体モデル作成ステップが、人体の内部骨格を含んだ形状を計測して得られた計測データをコンピュータに取り込む第Ａ１ステップと、
取り込んだ前記計測データを元に、３次元ＣＡＤによってソリッドモデルの作成、修正、及び前記内部骨格の除去を行う第Ａ２ステップと、
前記内部骨格の除去を行った前記ソリッドモデルに有限要素による離散化を行ってメッシュを作成する第Ａ３ステップと、
前記ソリッドモデルを構成する軟組織の材料特性を定義する第Ａ４ステップと、
取り除いた前記内部骨格の表面に接していた前記軟組織の接触面上の各節点の相対的な位置を固定する第Ａ５ステップとを含む請求項５に記載の装着物品の装着状態解析方法。
【請求項７】
前記装着物品モデル作成ステップが、ＣＡＤによって装着物品の形状モデルを作成する第Ｂ１ステップと、
作成した前記形状モデルに有限要素による離散化を行ってメッシュを作成する第Ｂ２ステップと、
前記形状モデルを構成する装着物品の材料特性を定義する第Ｂ３ステップとを含む請求項５に記載の装着物品の装着状態解析方法。
【請求項８】
前記条件設定ステップが、接触条件を設定する第Ｄ１ステップと、境界条件を設定する第Ｄ２ステップと、荷重条件を設定する第Ｄ３ステップとを含んでおり、前記境界条件を設定する前記第Ｄ２ステップは、モーションキャプチャーシステムによる動作測定データに基づく時間に対する変位条件を与えることによって行われる請求項５〜７に記載の装着物品の装着状態解析方法。
【請求項９】
前記第Ｄ２ステップにおける前記モーションキャプチャーシステムによる動作測定データに基づく時間に対する変位条件を、前記寛骨の寛骨臼と前記大腿骨の骨頭部とからなる関節部において、前記大腿骨の骨頭部に対応する節点に与える請求項８に記載の装着物品の装着状態解析方法。
【請求項１０】
前記装着物品が生理用品やおむつなどの吸収性物品である請求項５〜９のいずれかに記載の装着物品の装着状態解析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンピュータを用いて形成され、装着物品の人体への装着状態を解析する際に使用する装着状態解析用有限要素人体モデル、及び該装着状態解析用有限要素人体モデルを用いたコンピュータによる装着物品の装着状態解析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、生理用品やおむつ等の人体に装着される装着物品は、使用者に長時間装着されて用いられるものである。これらの装着物品を設計したり開発する際には、使用者が違和感なく活動できるようにすることや、装着された装着物品と人体との隙間から尿や経血が漏れないようにすること等が要求されるため、これらの機能を考慮した装着物品の設計や開発を行う必要がある。
【０００３】
このような装着物品の機能を考慮した設計や開発を行うには、モデル人形を用いて行った実験や、装着物品を実際に使用した際のアンケート調査等に基づいて装着物品の機能を評価し、これらの評価結果を装着物品の設計や開発に反映させるといった手法が採用されていた。
【０００４】
一方、近年のコンピュータ技術の発達により、種々の３次元ＣＡＤや有限要素解析プログラムが開発されており、これらを用いてコンピュータ上で有限要素解析用の人体モデルを作成し、作成した有限要素解析用人体モデルを用いて各種のシミュレーションを行って、商品開発に反映させるようにした技術が開示されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。ここで、特許文献１では、有限要素解析プログラムによって作成される人体モデルは、おむつ等の装着物品のフィット性を解析するためのものとなっており、特許文献２では、有限要素解析プログラムによって作成される人体モデルは、人体の下肢や上肢にシューズやグラブ等の装着物品を装着して歩行や走行等の動作を行った際の、足や手や腕にかかる力を解析してダメーシをより低減できる装着物品を開発するためのものとなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７０９９７３４号公報
【特許文献２】特開２００４−５４８８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の人体モデルは、比較的簡易なモデルではあるが、モデルに含まれる内部骨格を三次元的な骨として扱った動作を行なわせることができないため、内部骨格を一次元的な骨として扱っている。したがって、静止状態での装着性の評価は適正に行える一方で、動作を行った際には、特に下腹部の変形が現実のものから逸脱することになるため、特に下腹部に装着される生理用品やおむつ等の装着物品の動作時における装着性を適正に評価することは困難である。
【０００７】
また、特許文献２の人体モデルは、人体の軟組織の他、腱や、弾性率が高くて硬い骨についてもメッシュ化しており、人体の動作を詳細に表現することは可能であるが、モデルが過度に複雑になって、人体の動作を解析する際の計算時間が大幅に長くなり、評価結果を得るのに膨大な時間がかかることになる。したがって、生理用品やおむつ等の人体に装着される装着物品の動作時の装着性を、例えば数時間〜数日程度で簡易に且つ適正に評価させるようにすることは困難である。
【０００８】
本発明は、生理用品やおむつ等の人体に装着される装着物品の動作時の装着性を、膨大な時間をかけることなく、コンピュータを用いて例えば数時間〜数日程度で簡易に且つ適正に評価させることのできる装着物品の装着状態解析用有限要素人体モデル、及び該装着状態解析用有限要素人体モデルを用いた装着物品の装着状態解析方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、コンピュータを用いて形成され、装着物品の人体への装着状態を有限要素法によるシミュレーションによってコンピュータを用いて解析する際に使用する装着状態解析用有限要素人体モデルであって、人体の内部骨格を含んだ形状を計測して得られた計測データをコンピュータに取り込み、前記内部骨格を取り除いた軟組織のみのソリッドモデルを作成した後に、該軟組織のみのソリッドモデルを有限要素に離散化し、且つ前記内部骨格の表面に接していた前記軟組織の接触面上の各節点の相対的な位置を固定することによって形成される装着物品の装着状態解析用有限要素人体モデルを提供することにより、上記目的を達成したものである。
【００１０】
また、本発明は、前記装着物品の装着状態解析用有限要素人体モデルを用いたコンピュータによる装着物品の装着状態解析方法であって、前記装着状態解析用有限要素人体モデルを形成する人体モデル作成ステップと、有限要素装着物品モデルを形成する装着物品モデル作成ステップと、前記装着状態解析用有限要素人体モデルと前記有限要素装着物品モデルを計算機上における同一空間に配置する装着物品配置ステップと、解析条件を設定する条件設定ステップと、解析の実行を行う解析実行ステップとを含む装着物品の装着状態解析方法を提供することにより、上記目的を達成したものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の装着物品の装着状態解析用有限要素人体モデル、又は該装着状態解析用有限要素人体モデルを用いた装着物品の装着状態解析方法によれば、生理用品やおむつ等の人体に装着される装着物品の動作時の装着性を、膨大な時間をかけることなく、コンピュータを用いて例えば数時間〜数日程度で簡易に且つ適正に評価させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の好ましい一実施形態に係る装着状態解析用有限要素人体モデルを示す、（ａ）は背面図（ｂ）は側面図、（ｃ）は底面図である。
【図２】本発明の好ましい一実施形態に係る装着状態解析用有限要素人体モデルを後背部を除去した状態で示す、（ａ）は背面図（ｂ）は側面図、（ｃ）は底面図である。
【図３】本発明の好ましい一実施形態において用いるコンピュータのシステム構成図である。
【図４】人体モデル作成ステップの作業工程を説明するチャートである。
【図５】人体軟組織についての応力−ひずみ曲線の一例である。
【図６】（ａ），（ｂ）は、取り除いた内部骨格の表面に接していた軟組織の接触面上の節点の説明図である。
【図７】本発明の好ましい一実施形態に係る装着物品の装着状態解析方法の作業工程を説明するチャートである。
【図８】装着物品モデル作成ステップの作業工程を説明するチャートである。
【図９】条件設定ステップの作業工程を説明するチャートである。
【図１０】装着状態解析用有限要素人体モデル、及びショーツの有限要素装着物品モデルの材料特性の一例を示す表である。
【図１１】生理用ナプキンの有限要素装着物品モデルの材料特性の例を示す表である。
【図１２】（ａ）〜（ｈ）は、装着状態解析用有限要素人体モデルに有限要素装着物品モデルを装着させた解析結果を、人体の左半身を半透明にして表示した斜視図である。
【図１３】（ａ）は、装着状態解析用有限要素人体モデルの大腿骨の骨頭部に対応する軟組織の節点の説明図、（ｂ）は、大腿骨の骨頭部と寛骨の寛骨臼との関節部における屈曲と伸展、内転と外転、及び内旋と外旋の各々の運動の説明図、（ｃ）は、関節に対応する節点に与えた変位条件（回転条件）を示すグラフである。
【図１４】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の好ましい一実施形態に係る装着物品の装着状態解析方法によってシミュレートされた、歩行時における人体の下腹部の動作を示す斜視図である。
【図１５】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の好ましい一実施形態に係る装着物品の装着状態解析方法によってシミュレートされた、装着状態解析用有限要素人体モデルに装着された有限要素装着物品モデルの歩行時における形状の変化を示す斜視図である。
【図１６】実施例２において使用された骨盤を考慮していない軟組織のソリッドモデルである。右半身のみ断面図となっている。
【図１７】実施例１及び実施例２において変位を調べた節点を示す図である。
【図１８】実施例１及び実施例２において変位を調べた結果を示す図である。人体において骨盤を考慮した場合と考慮しなかった場合とで変位を比較している（歩行動作１サイクルに対する変位。最大６ｍｍ程度の差異が生じる）。
【図１９】実施例３において使用された３層構造の生理用ナプキンの解析モデルである。
【図２０】実施例３において使用された３層構造の生理用ナプキンにおける各層の材料特性である。
【図２１】実施例３において評価された３層構造の生理用ナプキンの評価結果である。股下における接触圧のコンターが表示されている。
【図２２】実施例３において折り線を考慮しなかった場合の評価結果である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１及び図２に示す本発明の好ましい一実施形態に係る装着物品の装着状態解析用有限要素人体モデル１０は、装着物品として、例えば生理用品やおむつなどの吸収性物品が、人体の下腹部に装着されて、使用者が違和感なく活動できるようにすることや、装着された装着物品と人体との隙間から尿や経血が漏れないようにすること等を目的として、生理用品やおむつなどの吸収性物品を設計したり開発する際に、これらの装着物品の装着性を効率良く解析するための人体モデルとしてコンピュータを用いて作成されたものである。
【００１４】
そして、本実施形態の装着状態解析用有限要素人体モデル１０は、コンピュータ１１（図３参照）を用いて形成され、装着物品の人体への装着状態を有限要素法によるシミュレーションによってコンピュータ１１を用いて解析する際に使用する有限要素人体モデルであって、人体の内部骨格を含んだ形状を計測して得られた計測データをコンピュータ１１に取り込み、内部骨格を取り除いた軟組織のみのソリッドモデルを作成した後に、この軟組織のみのソリッドモデルを有限要素に離散化し、且つ内部骨格の表面に接していた前記軟組織の接触面上の各節点の相対的な位置を固定することによって形成される。
【００１５】
また、本実施形態では、装着状態解析用有限要素人体モデル１０は、人体の膝上から胸下までの部分について形成されており、取り除かれる内部骨格が、仙骨、寛骨、及び大腿骨となっている。なお、図１（ａ）〜（ｃ）では、コンピュータ１１上で作成された本実施形態の装着状態解析用有限要素人体モデル１０の背面図、側面図、及び底面図を各々示しており、図２（ａ）〜（ｃ）では、コンピュータ１１上で作成された本実施形態の装着状態解析用有限要素人体モデル１０の内部の状態が解るように、後背部を除去した背面図、側面図、及び底面図を各々示している。
【００１６】
本実施形態では、有限要素人体モデル１０は、コンピュータ１１を用いて形成される。コンピュータ１１は、図３に示すように、プロセッサ１２、メモリ１３等を含む有限要素解析が可能な公知のもので、マウス、キーボード等を含む入力装置１４や、モニタ、プリンター等を含む出力装置１５が接続されている。
【００１７】
また、メモリ１３には、プログラム記憶部、データ記憶部等が設けられている。プログラム記憶部には、有限要素解析プログラムや３次元ＣＡＤプログラム等の各種のプログラムが予め記憶されている。データ記憶部には、人体の内部骨格を含んだ形状を計測して得られた計測データや、形成された有限要素人体モデル１０のデータ等が記憶されるようになっている。
【００１８】
そして、本実施形態では、コンピュータ１１を用いて、以下の人体モデル作成ステップＡに従って、装着状態解析用有限要素人体モデルが形成されることになる。
【００１９】
すなわち、本実施形態では、人体モデル作成ステップＡは、図４に示すように、人体の内部骨格を含んだ形状を測定し、得られた測定データをコンピュータ１１に取り込む第Ａ１ステップと、取り込んだ測定データを元に、３次元ＣＡＤによってソリッドモデルの作成、修正、及び内部骨格（骨格部分）の除去を行う第Ａ２ステップと、内部骨格の除去を行ったソリッドモデルに有限要素による離散化を行ってメッシュを作成する第Ａ３ステップと、ソリッドモデルを構成する軟組織の材料特性を定義する第Ａ４ステップと、取り除いた内部骨格の表面に接していた軟組織の接触面上の各節点の相対的な位置を固定する第Ａ５ステップとを含んで構成されている。
【００２０】
人体モデル作成ステップＡにおける第Ａ１ステップでは、人体の内部骨格を含んだ形状を計測したり測定して得られた測定データをコンピュータ１１に取り込む。ここで、コンピュータ１１に取り込まれる人体の内部骨格を含んだ形状の測定データは、核磁気共鳴映像法（ＭＲＩ）またはコンピュ―タ断層撮影（ＣＴ）によって得られた測定データであることが好ましい。ＭＲＩまたはＣＴによって得られた測定データを用いることにより、人体に対する実測に基づいて、内部骨格の骨格構造を含んだ人体の形状の測定データを精度良く得ることが可能になる。ＭＲＩやＣＴにより得られた測定データは２次元スライス画像であり、このようなデータをまず３次元の形状モデルへと変換する。例えば、商品名「ＺｅｄＶｉｅｗ」（（株）レキシー製）を使用することで、２次元スライス画像を３次元のポリゴンデータへと変換できる。変換された３次元形状モデルは後述する第Ａ２ステップにおいて、人体の内部骨格を含むソリッドモデルの作成に使用される。ここで、例えば米国国立衛生研究所の「The Visible Human Project」においては２次元スライス画像が公開されており、このようなスライス画像は容易に入手でき、また商品名「Virtual Anatomia」（（株）日本SGI製）を用いれば、ある被験者についてのポリゴンデータを得ることができる。
【００２１】
人体モデル作成ステップＡにおける第Ａ２ステップでは、コンピュータ１１に取り込んだ人体の形状モデルを元に、３次元ＣＡＤによってソリッドモデルの作成、修正、及び内部骨格の除去を行う。ソリッドモデルの作成、修正、及び内部骨格の除去を行う３次元ＣＡＤプログラムとしては、例えば商品名「Ｓｐａｃe−Ｅ」（（株）NTTデータエンジニアリングシステムズ製）を好ましく用いることができる。３次元ＣＡＤは、例えばポリゴンデータとして取り込まれた人体の３次元形状モデルをＣＡＤデータとして変換する。得られたＣＡＤデータは中空なサーフェスモデルであるが、これより中実なソリッドモデルを作成する。このようにしてコンピュータ１１上で作成したソリッドモデルを、有限要素解析に用いる人体形状として使用する。
【００２２】
ここで、３次元ＣＡＤを用いて作成したソリッドモデルに、適宜修正を加えて有限要素解析に用いることにより、人体の形状を任意に変化させたソリッドモデルを対象とすることが可能になり、例えば体形の変化や個人差を考慮した装着物品の装着性を、各々の体形に対応させて適正に評価することが可能になる。
【００２３】
また、本実施形態では、作成したソリッドモデルからの内部骨格の除去は、例えば３次元ＣＡＤプログラムのブーリアン演算機能を用いることにより、容易に行うことができる。すなわち、例えば人体表面形状から作成されるソリッドモデルから、骨形状より作成されたソリッドモデルをブーリアン演算により除去することで、ソリッドモデルから内部骨格を容易に除去することができる。ソリッドモデルから内部骨格が除去されることにより、弾性率が高くて硬い組織である骨についてはメッシュ化する必要がなくなり、解析時間を大幅に低減することが可能になる。一般に、陽解法を用いた有限要素解析では解析に必要とされる時間は物質が硬いほど長くなり、要素の大きさや物質の密度を固定した場合、弾性率がｎ倍となったとき、解析時間はおよそ√ｎ倍となる。骨と軟組織では、１０4程度の弾性率の差があることから、骨を有限要素として考慮しないことにより、計算時間がおよそ１/１００に短縮される。本実施形態では、装着状態解析用有限要素人体モデル１０は人体の膝上から胸下までの部分について形成されるものであり、取り除かれる内部骨格は、上述のように、仙骨、寛骨、及び大腿骨となっている。これによって、内部骨格を取り除いた軟組織のみのソリッドモデルが形成されるので、この軟組織のみのソリッドモデルを、後述する第Ａ３ステップにおいて、有限要素に離散化（メッシュ化）する。
【００２４】
人体モデル作成ステップＡにおける第Ａ３ステップでは、内部骨格の除去を行ったソリッドモデルに有限要素による離散化を行ってメッシュを作成する。ソリッドモデルの離散化を行う有限要素解析プログラムとしては、例えば商品名「Ａｂａｑｕｓ／ＣＡＥｖ６．８」（Ｄａｓｓａｕｌｔ  Ｓｙｓｔｅｍｅｓ  Ｓｉｍｕｌｉａ  Ｃｏｒｐ．製）を好ましく用いることができる。本実施形態では、ソリッドモデルは、４面体ソリッド要素を使用し、人体の胸から膝までで１５万要素に離散化される。
【００２５】
ソリッドモデルに有限要素による離散化を行ったら、次に人体モデル作成ステップＡの第Ａ４ステップにおいて、ソリッドモデルを構成する軟組織の材料特性を定義する。ソリッドモデルの材料特性の定義は、事前に測定した応力とひずみの関係を使用することが望ましいが、対象が人体ということで測定が容易ではないので、文献値を使用する。本実施形態では、ソリッドモデルを構成する軟組織の材料特性を、例えば「開缶時の指掛かり性を考慮した飲料用アルミ缶蓋の設計」日本機械学会論文集（Ａ編）７３巻７３３号１０９５−１１０頁を参考として、弾性体と定義する。しかし、線形弾性体と定義すると大きな変形領域では、メッシュが歪み現実から乖離するために、非線形弾性体として、図５の応力−ひずみ曲線のように修正した。
【００２６】
さらに、軟組織の材料特性を弾性体として一様に定義することで、装着物品の装着状態を適正に予測することが可能であったが、皮膚を想定したシェル要素を軟組織上に接触拘束として与え、定義することで、皺の生成を考慮した解析となるために、計算時間が増加する一方で、さらに精度の良い装着物品の装着性の評価を行うことが可能になる。
【００２７】
ソリッドモデルを構成する軟組織の材料特性を定義したら、さらに人体モデル作成ステップＡの第Ａ５ステップにおいて、図６（ａ），（ｂ）に示すように、軟組織と各内部骨格との境界部分に対応する、取り除いた内部骨格の表面に接していた軟組織の接触面上の、各節点１６の相対的な位置を固定する。すなわち、人体においては、筋肉等の軟組織は、内部骨格に接合していて、各々の内部骨格における当該内部骨格に対する軟組織の一接合点と、他の接合点との間の相対的な位置関係は、当該内部骨格が人体の動作に伴って移動した場合でも、変化することは無いものと考えられる。このため、取り除いた内部骨格の表面に接していた軟組織の接触面上の各節点１６の相対的な位置を境界条件として固定する。このような軟組織の各節点１６の位置の固定は、例えば有限要素解析プログラムの多点拘束機能によって行うことができる。また、取り除いた内部骨格の表面に接していた軟組織の接触面上の各節点１６の相対的な位置を固定することにより、動作時における除去した骨格の影響を考慮した解析を行うことが可能になる。このようにして、骨格を有限要素として扱わないことで大幅に計算時間を短縮し、なおかつ骨格の影響を考慮した人体表面上の軟組織の精度良い動きを再現できる人体モデルを作成できる。
【００２８】
そして、上述のような人体モデル作成ステップＡの第Ａ１ステップ〜第Ａ５ステップを経ることによって、本実施形態の装着状態解析用有限要素人体モデル１０が、コンピュータ１１を用いて形成されることになる。形成された装着状態解析用有限要素人体モデル１０は、コンピュータ１１のデータ記憶部に記憶され、適宜プロセッサ１２に取り出されて各種の解析に使用されることになる。また、装着状態解析用有限要素人体モデル１０は、体形の変化や個人差に対応できるように、必要に応じて異なる体型を対象とした複数のソリッドモデルを形成して、各々データ記憶部に記憶しておくことができる。さらに、形成された解析用有限要素人体モデル１０は、後述するように、コンピュータ１１において例えばモーションキャプチャーシステムによる動作測定データに基づく時間に対する変位条件を与えることにより、コンピュータ１１において人体の動作を再現することが可能になるので、これらの解析用有限要素人体モデル１０を用いて、例えば生理用品やおむつ等の装着物品の装着状態を、以下のような解析方法によってコンピュータ１１を用いて容易に解析することが可能になる。
【００２９】
すなわち、本実施形態の装着物品の装着状態解析方法は、上述の装着状態解析用有限要素人体モデル１０を用いたコンピュータ１１による解析方法であって、図７に示すように、当該装着状態解析用有限要素人体モデル１０を作成する人体モデル作成ステップＡと、有限要素装着物品モデル１７，１８（図１２参照）を作成する装着物品モデル作成ステップＢと、装着状態解析用有限要素人体モデル１０と有限要素装着物品モデル１７，１８を計算機上における同一空間に配置する配置ステップＣと、解析条件を設定する条件設定ステップＤと、解析の実行を行う解析実行ステップＥとを含んでいる。
【００３０】
ここで、装着状態解析用有限要素人体モデル１０を作成する人体モデル作成ステップＡは、上述の図４に示す人体モデル作成ステップＡと同様に、人体の内部骨格を含んだ形状を測定して得られた測定データをコンピュータ１１に取り込む第Ａ１ステップと、取り込んだ測定データを元に、３次元ＣＡＤによってソリッドモデルの作成、修正、及び内部骨格の除去を行う第Ａ２ステップと、内部骨格の除去を行ったソリッドモデルに有限要素による離散化を行ってメッシュを作成する第Ａ３ステップと、ソリッドモデルを構成する軟組織の材料特性を定義する第Ａ４ステップと、取り除いた内部骨格の表面に接していた軟組織の接触面上の各節点１６の相対的な位置を固定する第Ａ５ステップとを含んで構成されている。
【００３１】
そして、本実施形態では、有限要素装着物品モデル１７，１８を作成する装着物品モデル作成ステップＢは、図８に示すように、ＣＡＤによって装着物品の形状モデルを作成する第Ｂ１ステップと、作成した形状モデルに有限要素による離散化を行ってメッシュを作成する第Ｂ２ステップと、形状モデルを構成する装着物品の材料特性を定義する第Ｂ３ステップとを含んで構成されている。
【００３２】
装着物品モデル作成ステップＢにおける第Ｂ１ステップでは、ＣＡＤによって装着物品の形状モデルを作成する。このような形状モデルはコンピュータ１１を用いて作成する。また、他のコンピュータ等で作成した装着物品の形状モデルを、記憶媒体を介して当該コンピュータ１１に取り込んで、装着物品の形状モデルを作成することもできる。さらに、幾何学的な形状の相違による装着性に与える影響を調べるために、ＣＡＤシステムにより適宜形状を変化させた複数の装着物品の形状モデルを作成して、装着物品の装着性を評価することもできる。
【００３３】
装着物品モデル作成ステップＢにおける第Ｂ２ステップでは、作成した装着物品の形状モデルに有限要素による離散化を行ってメッシュを作成する。形状モデルの離散化を行う有限要素解析プログラムとしては、有限要素人体モデルの場合と同様に、例えば有限要素解析プログラムある商品名「Ａｂａｑｕｓ／ＣＡＥｖ６．８」（Ｄａｓｓａｕｌｔ  Ｓｙｓｔｅｍｅｓ  Ｓｉｍｕｌｉａ  Ｃｏｒｐ．製）を好ましく用いることができる。本実施形態では、装着物品の形状モデルは、６面体又は４面体ソリッド要素、または曲面シェル要素を使用し、生理用ナプキン、生理用ショーツともにおよそ１５０００要素に離散化される。
【００３４】
装着物品モデル作成ステップＢにおける第Ｂ３ステップでは、装着物品モデルの材料特性を定義する。装着物品モデルの材料特性の定義は、前もって測定した応力ひずみ曲線を各素材について与えることによって行う。本実施形態では、装着物品の材料特性を、最も簡易的に取り扱えるように例えば弾性体として定義することができる。また、現実における支配的な因子や、影響を調べたい因子等を考慮して、材料特性を定義することが望ましい。これらの因子としては、例えば材料の塑性変形、材料特性の温度依存性、発汗や排泄物などの吸液による材料特性の変化等を挙げることができる。さらに、装着物品の材料特性は、妥当な有限要素装着物品モデル１７，１８が作成されているかどうかを現実の装着物品と比較して確認し、妥当性の得られた材料特性を備える有限要素装着物品モデル１７，１８を後述する有限要素解析に使用する。
【００３５】
なお、本実施形態では、装着物品の装着性の評価は、主に接触圧を解析して評価するが、例えば、生理用品やおむつでは、装着感だけではなく、排泄物の漏れを防ぐ機能等も求められるため、装着時における人体との隙間の大きさも評価する。さらに生理用ナプキンでは、折れや皺などの発生が装着時に違和感を与える要因のひとつとなるために、このような折れや皺などの発生を考慮した状態も評価する。
【００３６】
また、図１０に、一例として、本実施形態において採用された装着状態解析用有限要素人体モデル１０やショーツの有限要素装着物品モデル１７の材料特性を示し、図１１に、いくつかの生理用ナプキンの有限要素装着物品モデル１８の材料特性を示す。
【００３７】
ここで、本実施形態では、装着物品の各種因子による装着状態への影響を検討するために、装着物品の形状や材料特性等を様々に変化させて、その装着性を評価することもできる。例えば、装着物品として生理用ナプキンの装着物品モデルを、単層のフラットなものとしてではなく、図１９に示すような、シート状の異なる材料が３層に積層された有限要素装着物品モデルとして、各層の材料特性が装着状態に与える影響を調べることもできる。
【００３８】
また、生理用品やおむつのような不職布や紙の製品、もしくは衣類に用いられる織布では、材料の伸縮挙動が異方性を有しているため、例えば図１９に示すような３層に積層された生理用ナプキンの有限要素装着物品モデルでは、装着状態を検討する際に、図２０に示ような異方性を考慮した材料特性を採用することができる。この生理用ナプキンの有限要素装着物品モデルの装着状態を評価した結果を、後述する実施例３に示す。
【００３９】
さらに、本実施形態では、このように装着物品モデルをより詳細にしてゆくことも可能であり、例えば図１９に示すような３層に積層された生理用ナプキンの有限要素装着物品モデルでは、中央の層のみ柔軟化した際に装着状態がどのようになるのか、或いはある方向にのみ伸縮性を付与した場合にどのようになるのかなど、よりさまざまなパラメータを用いて、装着状態を評価することも可能である。
【００４０】
さらにまた、生理用ナプキンのようなシート製品では、２つ折りや３つ折りになって製品が包装されている場合もあるために、製品の初期状態として折り目がついており、このような折り目部分の剛性低下による影響を考慮した解析を行って、装着状態を評価することも可能である。また、例えば生理用ナプキンに凸状の厚肉部や凹状の溝部が設けられている場合に、これらを考慮した解析を行うことも可能である。
【００４１】
その他、本実施形態では、装着物品の形状や材料特性の製造時のロット振れの影響等を考慮しながら、さまざまな環境因子（多種多様な人体形状など）に対して、可能な限り同様の装着状態を提供できるように、装着物品の装着を効果的に解析して評価することが可能である。
【００４２】
そして、本実施形態では、上述のような装着物品モデル作成ステップＢの第Ｂ１ステップ〜第Ｂ３ステップを経ることによって、装着物品の有限要素装着物品モデル１７，１８が、コンピュータ１１を用いて形成されることになる。形成された有限要素装着物品モデル１７，１８は、コンピュータ１１のデータ記憶部に記憶され、適宜プロセッサ１２に取り出されて各種の解析に使用されることになる。有限要素装着物品モデル１７，１８は、形状や材料特性の異なる複数のモデルを適宜作成して、データ記憶部に記憶しておくことができる。
【００４３】
本実施形態の装着物品の装着状態解析方法では、配置ステップＣによって、装着状態解析用有限要素人体モデル１０、および有限要素装着物品モデル１７，１８を計算機上の同一空間に配置する。このステップは、それぞれのモデルが別々に作成されるために設けられる。これらのモデルの配置は計算機上の同一空間であれば、どこに配置しても良いが、後の解析ステップが簡単になるように、配置することが望ましい。例えば本実施例においては、図１２（ａ）のように配置され、ナプキン１８は実使用に沿って、ショーツ１７上面に配置される。人体は左半身と右半身に分割して配置され、後の解析中において、ひとつに統合される。この分割は、脚を開いた状態を極めて簡易的に表現しており、ナプキンを脚で閉じて曲げた後（図１２（ａ）〜（ｃ））、ショーツを装着する（図１２（ｄ）〜（ｈ））。また、図１２（ｄ）〜（ｈ）に示すショーツの装着過程は、テープ型おむつの装着解析にも同様に使用できる。すなわち、展開されたショーツが人体の前後方向に沿って、股下で当てられた後に（図１２（ｄ））、腰周りに沿ってショーツが曲げられていき（図１２（ｅ），（ｆ））、背中側にあったショーツが、前側のショーツと接着される（図１２（ｇ），（ｈ））。これは、テープ型のおむつの装着過程と同様である。
【００４４】
また、本実施形態の装着物品の装着状態解析方法では、図９に示すように、解析条件を設定する条件設定ステップＤは、接触条件を設定する第Ｄ１ステップと、境界条件を設定する第Ｄ２ステップと、荷重条件を設定する第Ｄ３ステップと、その他の解析条件を設定する第Ｄ４ステップとを含んで構成されている。
【００４５】
条件設定ステップＤにおける第Ｄ１ステップでは、接触条件として、例えば装着状態解析用有限要素人体モデル１０と有限要素装着物品モデル１７，１８との間の接触面における拘束条件の定式化法、摩擦、固着や粘着等を設定することができる。本実施形態では、例えば装着状態解析用有限要素人体モデル１０と有限要素装着物品モデル１７，１８との間の摩擦係数については、例えば静摩擦係数を０．８、動摩擦係数を０．６として定義することができる。
【００４６】
条件設定ステップＤにおける第Ｄ２ステップでは、境界条件として、例えば関節に対応する節点１６についての変位条件、胸部の固定等を設定することができる
【００４７】
また、本実施形態では、境界条件として人体の動作を設定する第Ｄ２ステップが、モーションキャプチャーシステムによる動作測定データに基づく時間に対する変位条件を与えることによって行われるようになっている。ここで、モーションキャプチャーシステムは、人体にマーカーを取り付け、複数のカメラから、時間とともに変化する位置を検出する機能を有する公知のモーションキャプチャーシステムであり、ＶＩＣＯＮ社のモーションキャプチャーシステム（製品名、ＶｉｃｏｎＭＸ）を使用する。モーションキャプチャーシステムは、例えば特開２００７−２７２１１６号公報において、例えば股関節の運動及び関節間力を再現する際に、大腿骨の骨頭部と骨盤を構成する寛骨の寛骨臼との関節部における、矢状面に対して行われる関節の運動である屈曲と伸展、正中面に対して行われる関節の運動である内転と外転、及び正中軸に対して行われる関節の運動である内旋と外旋を、例えば歩行する被験者に取付けた体表マーカの三次元運動軌跡を２台以上のカメラで撮影して計測することにより、時間に対する角度の変位として算出するために用いられている。
【００４８】
本実施形態では、モーションキャプチャーシステムによる動作測定データに基づく時間に対する変位条件として、例えば被験者から得られた大腿骨の骨頭部と寛骨の寛骨臼との関節部における、図１３（ｂ）に示すような屈曲と伸展、内転と外転、及び内旋と外旋の運動を、図１３（ａ）に示す装着状態解析用有限要素人体モデル１０の大腿骨の骨頭部に対応する軟組織の節点１９に、例えば図１３（ｃ）に示すような時間と角度に関する条件で与えるようになっている。
【００４９】
すなわち、境界条件として、後述するように胸部断面の変位を固定し、左足については、左足関節に対応する節点１９に変位条件を与え、人体の動作を再現する。関節に対応する節点１９に与えた変位条件（回転条件）を示す図１３（ｃ）では、回転角度は直立状態を基準とし、大腿骨の回転角度の測定データを単純化させて与えるようになっている。また図１３（ｃ）の横軸の時間は、１周期（踏み出した脚が接地し、後ろへ蹴り上げ、再び踏み出すまで）を１としたときのスケーリングされた時間である。右足についても同様の変位条件が与えられることになる。
【００５０】
ここで、装着物品が例えば生理用ナプキンの場合、寛骨については、特に寛骨のなかでも恥骨部が生理用ナプキンの変形に影響を与える可能性があるため考慮するが、仙骨については重要性が低いと考えられるため、簡易的な形状で代替し、寛骨と仙骨を一つの骨（骨盤）とし、この骨盤の形状と大腿骨の形状とを併せて除去した軟組織のみのモデルを装着状態解析用有限要素人体モデル１０とすることもできる。
【００５１】
さらに、本実施形態では、人体の動作を設定する第Ｄ２ステップを、胸部において固定された状態としている。すなわち、本実施形態では、装着物品として、例えば生理用品やおむつなどの吸収性物品の人体の下腹部への装着状態を解析して評価するものであり、人体の動作については、大腿部の運動と腰部の運動を考慮することで十分である。したがって、例えば歩行時の動作では、装着状態解析用有限要素人体モデル１０の胸部を固定した状態とし、上述のモーションキャプチャーシステムによる動作測定データに基づく時間に対する変位条件によって、有限要素人体モデル１０の大腿部に振り子的な運動を与え、その慣性力により腰周りの回転運動、上下運動を生じさせるようになっている。
【００５２】
条件設定ステップＤにおける第Ｄ３ステップでは、荷重条件として、例えば外力を与えることで装着物品を変形させる等の条件を設定することができる。例えば本実施形態では、ショーツ、及びナプキンの装着時には、ショーツやナプキンにさまざまの荷重を加え人体に装着させる。図１２（ｂ）〜（ｇ）のショーツやナプキンの変形は加えられた荷重による解析結果である。これらの荷重は、次の解析、すなわち歩行動作解析前に除荷されるが、唯一歩行動作中において腰周りのショーツエッジ上に、上方向（歩行時の床面から天井方向）に荷重を与える。これは実際においては、ショーツにテンションが与えられた状態で、腰周りのゴムによりショーツの位置が固定されていることをシミュレーション上、簡易的に模擬している。
【００５３】
条件設定ステップＤにおける第Ｄ４ステップでは、その他の解析条件として、例えばマススケーリング、リメッシュ等の解析条件を設定することができる。本実施形態では、マススケーリング機能を使用し、単純に全体の密度を１００倍したり、小さな要素に対して局所的に密度を大きくすることで解析時間の短縮を行っている。人体は複雑な形状をしており、メッシュ作成時に極めて小さな要素を生成し、解析時間が大きくなってしまうことがしばしばあるが、このような機能を用いることで解析時間を短縮できる。
【００５４】
そして、上述の構成を備える本実施形態の装着状態解析用有限要素人体モデル１０、及びこの装着状態解析用有限要素人体モデル１０を用いた装着物品の装着状態解析方法によれば、上述の各ステップＡ〜Ｄの後、解析実行ステップＥにおいて上述の有限要素解析プログラムによって有限要素法による解析を実行する。本実施形態においては、まず装着物品を装着させたときの各要素の変形状態を計算した後、それを初期条件として歩行動作中の装着物品の変形状態が計算される。
【００５５】
すなわち、図１２（ａ）〜（ｈ）に示すように、まず有限要素装着物品モデル１７，１８が装着状態解析用有限要素人体モデル１０に装着される。次に、図１２（ｈ）の各要素の変形状態を初期状態として、図１４（ａ）〜（ｃ）に示すような人体動作中の装着物品の変形状態がシミュレートされる。その結果、図１５（ａ）〜（ｃ）に示すような装着状態解析用有限要素人体モデル１０に装着された、例えば生理用ナプキンの有限要素装着物品モデル１８の歩行時における形状の変化の状況が、例えば接触圧による応力状態を示すコンターと共に、コンピュータ１１においてシミュレートされることになる。ここで、図１４（ａ）〜（ｃ）では、装着状態解析用有限要素人体モデルは、当該胸から腰までの部分については表示を省略している。
【００５６】
なお、本実施形態では、生理用品やおむつのような人体の下腹部に装着される装着物品の装着状態が評価されるようになっており、人体の動作については、大腿部の運動と腰部の運動とを考慮することで十分であると考えられる。したがって、例えば歩行動作では、胸部を固定し、大腿部に上述のモーションキャプチャーシステムの動作測定データに基づく振り子的な運動を与え、その慣性力により腰周りの回転運動と上下運動とを生じさせるようになっている。
【００５７】
また、本実施形態では、大腿部の振り子的な運動はモーションキャプチャーシステムにより測定した時間に対する変位を、寛骨臼と大腿骨頭よりなる関節部において、大腿骨頭部と接する位置に対応する軟組織の節点１９（図１３（ａ）参照）に与えるようになっていると共に、各内部骨格（仙骨・寛骨・大腿骨）の表面上の軟組織における節点１６（図６（ａ），（ｂ））の相対的な位置を固定しているので、大腿骨の骨頭部と接する位置に当る軟組織の節点１９の変位にしたがって、大腿骨の運動が再現され、装着状態解析用有限要素人体モデル１０を構成する軟組織が変形し、これに伴って有限要素装着物品モデル１７，１８が変形するようになっている。
【００５８】
さらに、本実施形態では、腰周りの回転運動の時間に対する変位条件を測定している場合には、この変位条件を装着状態解析用有限要素人体モデル１０の腰部に当る軟組織に直接与えることで、解析に必要な装着状態解析用有限要素人体モデル１０の領域を腰下から膝上までの領域とすることが可能なり、これによって、計算精度を維持しつつ、計算量や計算時間をさらに少なくすることが可能になる。
【００５９】
そして、本実施形態の装着状態解析用有限要素人体モデル１０、及びこの装着状態解析用有限要素人体モデル１０を用いた装着物品の装着状態解析方法によれば、生理用品やおむつ等の人体に装着される装着物品の動作時の装着性を、膨大な時間をかけることなく、コンピュータを用いて例えば数時間〜数日程度で簡易に且つ適正に評価させることが可能になる。
【００６０】
すなわち、本実施形態によれば、装着状態解析用有限要素人体モデル１０は、人体の内部骨格を含んだ形状を計測して得られた計測データをコンピュータ１１に取り込み、内部骨格を取り除いた軟組織のみのソリッドモデルを作成した後に、この軟組織のみのソリッドモデルを有限要素に離散化し、且つ内部骨格の表面に接していた軟組織の接触面上の各節点１６の相対的な位置を固定することによって形成されている。したがって、弾性率が高くて硬い組織であるため、有限要素法によって動的な解析を行う際にステップ数が大幅に増大する骨については、メッシュ化する必要がなくなると共に、内部骨格と軟組織との間で拘束条件を与える必要がなくなるため、動的な解析による解析時間を大幅に低減して、コンピュータを用いて例えば数時間〜数日程度で装着物品の動作時の装着性を容易に解析することが可能になる。
【００６１】
また、内部骨格の表面に接していた軟組織の接触面上の各節点１６の相対的な位置が固定されているので、内部骨格を除去した装着状態解析用有限要素人体モデル１０であっても、大腿骨の骨頭部と接する位置に当る軟組織の節点１９に変位条件を与えることにより、相対的な位置が固定されたこれらの節点１６が一体として移動して、除去した三次元形状の内部骨格の動きを忠実に再現し、装着状態解析用有限要素人体モデル１０の動きや変形を、内部骨格の影響を考慮したものとすることが可能になる。これによって、装着状態解析用有限要素人体モデル１０に内部骨格を三次元的な骨として扱ったより正確な動作を行わせることが可能になり、人体の動作時における装着物品の装着性を、精度良く且つ適正に評価させることが可能なる。
【００６２】
さらに、本実施形態では、人体の動作時の装着性が解析される装着物品が、生理用品やおむつ等の人体の下腹部に装着される装着物品であり、装着状態解析用有限要素人体モデル１０は、全身をモデリングすることなく、胸下から膝上までの領域をモデリングして簡易化されて作成されているので、その計算結果の精度を維持しつつ、計算時間をさらに短縮することが可能になる。
【００６３】
さらにまた、本実施形態では、装着状態解析用有限要素人体モデル１０は、ＭＲＩやＣＴからの測定データを用いてモデリングしたソリッドモデルから得られると共に、このソリッドモデルは、３次元ＣＡＤプログラムを用いて適宜修正可能なので、ＭＲＩやＣＴによる人体に対する実測に基づいて、且つ詳細な個人差を考慮しつつ装着状態解析用有限要素人体モデル１０を作成して、装着物品の装着性を適正に評価させることが可能なる。
【００６４】
また、装着状態解析用有限要素人体モデルと有限要素装着物品モデルは別々に作成されるために、装着状態解析用有限要素人体モデルを常に同一としたまま、さまざまな有限要素装着物品モデルが評価可能なために、個人差などの影響を受けることなく装着物品の評価が可能であり、またさまざまな装着物品を計算機上で定義し、次々に評価していくことが可能である。
【００６５】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々の変更が可能である。例えば、装着状態解析用有限要素人体モデルは、人体の膝上から胸下までの部分について形成されるものである必要は必ずしも無く、全身ついて、又は所定の装着物品が装着される任意の部分についてのみ形成されるものであっても良い。また、取り除かれる内部骨格は、仙骨、寛骨、及び大腿骨である必要は必ずしも無く、人体モデルの種々の部位に存在するその他の内部骨格であっても良い。さらに、本発明によって人体への装着状態が解析される装着物品は、生理用品やおむつ等の人体の下腹部に装着される装着物品である必要は必ずしもなく、人体の任意の部分に装着される衣服等のその他の装着物品であっても良い。
【実施例】
【００６６】
以下、実施例１〜実施例３により、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００６７】
〔実施例１〕
「Ｖｉｒｔｕａｌ Ａｎａｔｏｍｉａ」（（株）日本SGI製）から、人体形状（膝上から胸下までの外表面）、および骨形状（仙骨、寛骨、及び大腿骨）のポリゴンデータを取得する。
【００６８】
３次元ＣＡＤシステム「Ｓｐａｃｅ−Ｅ」により、上記形状のポリゴンデータをサーフェスモデルへ変換する。さらにこれをソリッドモデルへ変換する。人体形状から骨形状を除去することにより軟組織ソリッドモデルを作成する。
【００６９】
有限要素解析プログラム「Ａｂａｑｕｓ／ＣＡＥ」により軟組織ソリッドモデルを有限要素へ離散化する（４面体ソリッド要素、１５万要素）。
【００７０】
軟組織の材料特性を定義する（図５の応力−ひずみ曲線を採用）。
【００７１】
図６に示す節点集合の相対位置を固定する（左足大腿骨部、右足大腿骨部、右半身骨盤部、左半身骨盤部、各々相対位置を固定。左右骨盤部は後ほど結合）。
【００７２】
有限要素解析プログラム「Ａｂａｑｕｓ／ＣＡＥ」によりショーツ平面形状、およびナプキン３次元形状を作成する。
【００７３】
有限要素解析プログラム「Ａｂａｑｕｓ／ＣＡＥ」により作成したショーツ形状、およびナプキン形状を有限要素へ離散化する。ショーツは曲面シェル要素を使用し１５０００要素に離散化し、ナプキンは６面体ソリッド要素を使用し１５０００要素に離散化する。
【００７４】
ショーツ・ナプキンの材料特性を定義する（図１０、および図１１の材料モデルを採用）。
【００７５】
作成した有限要素人体モデル、および有限要素装着物品モデルを図１２（ａ）のように配置する。
【００７６】
有限要素の接触を定義する。この際要素間の摩擦は人体とショーツ・ナプキン間で静摩擦係数を０．８、動摩擦係数を０．６とする。ナプキンとショーツ間は固着しているものとする。
【００７７】
境界条件、および荷重条件の設定を行う。シミュレーションは大きく分けて図１２に示されるような装着物品を装着するステップと図１４に示すような人体を動作させるステップに分けられる。
【００７８】
装着物品を装着するステップでは、まず図１２（ｂ）に示すようにナプキン１８に曲げ荷重を与える。この際に境界条件として、人体変位の固定、およびナプキン１８、ショーツ１７の中央部（図１２（ａ）における破線部）の変位が固定される。
【００７９】
次に、境界条件として人体に変位を与え、図１２（ｃ）のように人体の位置を移動させる。ナプキン１８、ショーツ１７に関する境界条件は前記条件を引き続き与える。人体の位置が移動し、右半身と左半身が結合された後に、図１２（ｂ）で与えた曲げ荷重を除荷する。
【００８０】
その後、図１２（ｄ）のようにショーツ１７をｚ軸方向に引き上げる荷重を与える。この際に境界条件は、図１２（ａ）の破線部上の変位の固定をｘ方向のみとする。また人体の変位は再び固定される。これらの境界条件は装着物品の装着が完了するまで与える。次に、図１２（ｅ）のようにｘ方向へ荷重を与え、さらにその後、図１２（ｆ）のようにショーツ１７を腰周りに巻きつけるような荷重を与える。
【００８１】
得られた図１２（ｇ）のようなショーツ１７の装着状態に対し、図１２（ｈ）のようなショーツ１７の装着状態となるように、ショーツ腰部のエッジに強制変位を与え、微調整し、ショーツ１７のエッジ同士を重ね、結合させる。
【００８２】
最終的に、装着時に加えられた荷重は除荷されるが、ｚ方向へショーツ１７を引き上げる荷重のみは継続して与えられる。これは、実際のショーツでは引き上げられてゴムで固定されていることを一定の荷重を与え続けることで、簡易的に模擬している。
【００８３】
そして、次に図１４のような人体を動作させるステップについての境界条件、および荷重条件を設定する。境界条件としては、胸部の固定、および関節部節点１９における強制変位が与えられる。強制変位は関節部節点において図１３（ｃ）のような回転を与える。荷重は前記ｚ方向へショーツを引き上げる荷重が与えられる。
【００８４】
次に、その他必要とされる解析条件を設定する。例えば本解析では、解析中の内部エネルギーと運動エネルギーをモニタし、内部エネルギーが運動エネルギーと比べて大きい状態を維持する程度に質量を増加させて、計算時間を短縮する。
【００８５】
上記解析条件を設定し解析の実行を行う。有限要素解析プログラム「Ａｂａｑｕｓ／Ｅｘｐｌｉｃｉｔ」を使用する。解析結果を得、解析が上手くいかない場合には、修正すべき箇所を推定し、修正した後、再び解析を実行する。
【００８６】
そして最終的に得られた結果について、装着物品の評価を行う。評価軸としては、人体と装着物品との接触圧や隙間量、装着物品の主応力などが挙げられる。図１５にはナプキンの接触圧のコンターが示されている。
【００８７】
〔実施例２〕
計算時間の短縮のために実施例１に対して、仙骨、寛骨（骨盤）を考慮せずにシミュレーションを行う。
【００８８】
「Ｖｉｒｔｕａｌ Ａｎａｔｏｍｉａ」（（株）日本SGI製）から、人体形状（膝上から胸下までの外表面）、および大腿骨形状のポリゴンデータの取得する。
【００８９】
３次元ＣＡＤシステム「Ｓｐａｃｅ−Ｅ」により、上記形状のポリゴンデータをサーフェスモデルへ変換する。さらにこれをソリッドモデルへ変換する。人体形状から大腿骨形状を除去することにより軟組織ソリッドモデルを作成する（図１６）。
【００９０】
有限要素解析プログラム「Ａｂａｑｕｓ／ＣＡＥ」により軟組織ソリッドモデルを有限要素へ離散化する（４面体ソリッド要素、６万要素）。
【００９１】
軟組織の材料特性を定義する（図５の応力−ひずみ曲線を採用）。
【００９２】
図６に示す節点集合の骨盤部を除く相対位置を固定する（左足大腿骨部、右足大腿骨部、各々相対位置を固定）。
【００９３】
有限要素解析プログラム「Ａｂａｑｕｓ／ＣＡＥ」によりショーツ平面形状、およびナプキン３次元形状を作成する。
【００９４】
有限要素解析プログラム「Ａｂａｑｕｓ／ＣＡＥ」により作成したショーツ形状、およびナプキン形状を有限要素へ離散化する。ショーツは曲面シェル要素を使用し１５０００要素に離散化し、ナプキンは６面体ソリッド要素を使用し１５０００要素に離散化する。
【００９５】
ショーツ・ナプキンの材料特性を定義する（図１０、および図１１の材料モデルを採用）。
【００９６】
作成した有限要素人体モデル、および有限要素装着物品モデルを図１２（ａ）のように配置する。
【００９７】
有限要素の接触を定義する。この際要素間の摩擦は人体とショーツ・ナプキン間で静摩擦係数を０．８、動摩擦係数を０．６とする。ナプキンとショーツ間は固着しているものとする。
【００９８】
境界条件、および荷重条件の設定を行う。シミュレーションは大きく分けて図１２に示されるような装着物品を装着するステップと図１４に示すような人体を動作させるステップに分けられる。
【００９９】
装着物品を装着するステップでは、まず図１２（ｂ）に示すようにナプキン１８に曲げ荷重を与える。この際に境界条件として、人体変位の固定、およびナプキン１８、ショーツ１７の中央部（図１２（ａ）における破線部）の変位が固定される。
【０１００】
次に、境界条件として人体に変位を与え、図１２（ｃ）のように人体の位置を移動させる。ナプキン１８、ショーツ１７に関する境界条件は前記条件を引き続き与える。人体の位置が移動し、右半身と左半身が結合された後に、図１２（ｂ）で与えた曲げ荷重を除荷する。
【０１０１】
その後、図１２（ｄ）のようにショーツ１７をｚ軸方向に引き上げる荷重を与える。この際に境界条件は、図１２（ａ）の破線部上の変位の固定をｘ方向のみとする。また人体の変位は再び固定される。これらの境界条件は装着物品の装着が完了するまで与える。次に、図１２（ｅ）のようにｘ方向へ荷重を与え、さらにその後、図１２（ｆ）のようにショーツ１７を腰周りに巻きつけるような荷重を与える。
【０１０２】
得られた図１２（ｇ）のようなショーツ１７の装着状態に対し、図１２（ｈ）のようなショーツ１７の装着状態となるように、ショーツ腰部のエッジに強制変位を与え、微調整し、ショーツ１７のエッジ同士を重ね、結合させる。
【０１０３】
最終的に、装着時に加えられた荷重は除荷されるが、ｚ方向へショーツ１７を引き上げる荷重のみは継続して与えられる。これは、実際のショーツでは引き上げられてゴムで固定されていることを一定の荷重を与え続けることで、簡易的に模擬している。
【０１０４】
そして、次に図１４のような人体を動作させるステップについての境界条件、および荷重条件を設定する。境界条件としては、胸部の固定、および関節部節点１９における強制変位が与えられる。強制変位は関節部節点において図１３（ｃ）のような回転を与える。荷重は前記ｚ方向へショーツを引き上げる荷重が与えられる。
【０１０５】
次に、その他必要とされる解析条件を設定する。例えば本解析では、解析中の内部エネルギーと運動エネルギーをモニタし、内部エネルギーが運動エネルギーと比べて大きい状態を維持する程度に質量を増加させて、計算時間を短縮する。
【０１０６】
上記解析条件を設定し解析の実行を行う。有限要素解析プログラム「Ａｂａｑｕｓ／Ｅｘｐｌｉｃｉｔ」を使用する。解析結果を得、解析が上手くいかない場合には、修正すべき箇所を推定し、修正した後、再び解析を実行する。
【０１０７】
そして最終的に得られた結果について、実施例１及び実施例２における装着物品の装着状態の評価を行ったところ応力状態が異なることが分かった。この結果について、股下軟組織の節点２０（図１７）について変位を調べると、その変形状態が大きく異なっていた（図１８）。したがって、ナプキンのような股下の変形状態が重要な装着物品では骨盤を考慮することが重要であることが分かった。
【０１０８】
〔実施例３〕
「Ｖｉｒｔｕａｌ Ａｎａｔｏｍｉａ」（（株）日本SGI製）から、人体形状（膝上から胸下までの外表面）、および骨形状（仙骨、寛骨、及び大腿骨）のポリゴンデータを取得する。
【０１０９】
３次元ＣＡＤシステム「Ｓｐａｃｅ−Ｅ」により、上記形状のポリゴンデータをサーフェスモデルへ変換する。さらにこれをソリッドモデルへ変換する。人体形状から骨形状を除去することにより軟組織ソリッドモデルを作成する（図１）。
【０１１０】
有限要素解析プログラム「Ａｂａｑｕｓ／ＣＡＥ」により軟組織ソリッドモデルを有限要素へ離散化する（４面体ソリッド要素、１５万要素）。
【０１１１】
軟組織の材料特性を定義する（図５の応力−ひずみ曲線を採用）。
【０１１２】
図６に示す節点集合の相対位置を固定する（左足大腿骨部、右足大腿骨部、右半身骨盤部、左半身骨盤部、各々相対位置を固定。左右骨盤部は後ほど結合）。
【０１１３】
有限要素解析プログラム「Ａｂａｑｕｓ／ＣＡＥ」によりショーツ平面形状、およびナプキンを構成する各層（図１９）の形状を作成する。ここで、本実施例において対象としたナプキンでは、溝を有しており、これも付与している。またナプキンは３つ折りにして梱包されているが、折り線部では曲げ剛性の低下が確認でき、この部分では厚みを小さくし、曲げ剛性の低下を再現した。実際、どの程度厚みを小さくするかについては、実際のナプキンの曲げを比較対象としながら、妥当な値を与えた。
【０１１４】
有限要素解析プログラム「Ａｂａｑｕｓ／ＣＡＥ」により作成したショーツ形状、およびナプキン形状を有限要素へ離散化する。ショーツ・ナプキンともに曲面シェル要素を使用し、ショーツは１５０００要素に、ナプキンは５０００要素に離散化する。
【０１１５】
ショーツ・ナプキンの材料特性を定義する（図１０、および図２０の材料モデルを採用）。
【０１１６】
作成した有限要素人体モデル、および有限要素装着物品モデルを図１２（ａ）のように配置する。
【０１１７】
有限要素の接触を定義する。この際要素間の摩擦は人体とショーツ・ナプキン間で静摩擦係数を０．８、動摩擦係数を０．６とする。ナプキンとショーツ間は固着しているものとする。またナプキンは各層間においても固着しているものとし、層間の滑りは考えない。
【０１１８】
境界条件、および荷重条件の設定を行う。シミュレーションは大きく分けて図１２に示されるような装着物品を装着するステップと図１４に示すような人体を動作させるステップに分けられる。
【０１１９】
装着物品を装着するステップでは、まず図１２（ｂ）に示すようにナプキン１８に曲げ荷重を与える。この際に境界条件として、人体変位の固定、およびナプキン１８、ショーツ１７の中央部（図１２（ａ）における破線部）の変位が固定される。
【０１２０】
次に、境界条件として人体に変位を与え、図１２（ｃ）のように人体の位置を移動させる。ナプキン１８、ショーツ１７に関する境界条件は前記条件を引き続き与える。人体の位置が移動し、右半身と左半身が結合された後に、図１２（ｂ）で与えた曲げ荷重を除荷する。
【０１２１】
その後、図１２（ｄ）のようにショーツ１７をｚ軸方向に引き上げる荷重を与える。この際に境界条件は、図１２（ａ）の破線部上の変位の固定をｘ方向のみとする。また人体の変位は再び固定される。これらの境界条件は装着物品の装着が完了するまで与える。次に、図１２（ｅ）のようにｘ方向へ荷重を与え、さらにその後、図１２（ｆ）のようにショーツ１７を腰周りに巻きつけるような荷重を与える。
【０１２２】
得られた図１２（ｇ）のようなショーツ１７の装着状態に対し、図１２（ｈ）のようなショーツ１７の装着状態となるように、ショーツ腰部のエッジに強制変位を与え、微調整し、ショーツ１７のエッジ同士を重ね、結合させる。
【０１２３】
最終的に、装着時に加えられた荷重は除荷されるが、ｚ方向へショーツ１７を引き上げる荷重のみは継続して与えられる。これは、実際のショーツでは引き上げられてゴムで固定されていることを一定の荷重を与え続けることで、簡易的に模擬している。
【０１２４】
そして、次に図１４のような人体を動作させるステップについての境界条件、および荷重条件を設定する。境界条件としては、胸部の固定、および関節部節点１９における強制変位が与えられる。強制変位は関節部節点において図１３（ｃ）のような回転を与える。荷重は前記ｚ方向へショーツを引き上げる荷重が与えられる。
【０１２５】
次に、その他必要とされる解析条件を設定する。例えば本解析では、解析中の内部エネルギーと運動エネルギーをモニタし、内部エネルギーが運動エネルギーと比べて大きい状態を維持する程度に質量を増加させて、計算時間を短縮する。
【０１２６】
上記解析条件を設定し解析の実行を行う。有限要素解析プログラム「Ａｂａｑｕｓ／Ｅｘｐｌｉｃｉｔ」を使用する。解析結果を得、解析が上手くいかない場合には、修正すべき箇所を推定し、修正した後、再び解析を実行する。
【０１２７】
そして最終的に得られた結果について、装着物品の評価を行う。評価軸としては、人体と装着物品との接触圧や隙間量、装着物品の主応力などが挙げられる。図２１には股下における接触圧のコンターが示されている。また、ナプキンの折り線の影響を検討するために、折り線部分において曲げ剛性の低下を与えなかった結果が図２２である。剛性の不連続部分がなくなるために、より均一な接触圧分布になることも予想されたが、折り線が存在していた領域付近で、図２１と比較して接触圧が大きくなり、局所的に強く接している状態になっていることが分かる。
【符号の説明】
【０１２８】
１０  装着状態解析用有限要素人体モデル
１１  コンピュータ
１２  プロセッサ
１３  メモリ
１４  入力装置
１５  出力装置
１６  取り除いた内部骨格の表面に接していた軟組織の接触面上の節点
１７  有限要素装着物品モデル（ショーツ）
１８  有限要素装着物品モデル（生理用ナプキン）
１９  大腿骨の骨頭部に対応する軟組織の節点
２０  変位を調べた下腹部上の節点
Ａ    人体モデル作成ステップ
Ｂ    装着物品モデル作成ステップ
Ｃ    配置ステップ
Ｄ    条件設定ステップ
Ｅ    解析実行ステップ
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１８】
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【図２０】
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【図１】
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【図２】
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【図６】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１９】
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【図２１】
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【図２２】
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